Para produzir electricidade, a turbina eólica não necessita de combustível nem de energia solar. Esta característica leva muitas pessoas a pensar em como construir uma turbina eólica com as suas próprias mãos, porque comprar e instalar equipamento pronto não é barato.
Conteúdos
Princípio e tipos de geradores de turbinas eólicas
Só pode fazer você mesmo uma turbina eólica se compreender a sua construção. O protótipo desta máquina é um velho moinho de vento. A pressão do fluxo de ar nas suas asas põe em movimento um eixo, que transmite o torque para o equipamento do moinho.
Nos moinhos de vento, o mesmo princípio de utilizar a energia eólica para girar o rotor é utilizado para gerar electricidade:
- O movimento das pás pelo vento provoca a rotação do eixo primário com uma caixa de velocidades. O torque é transmitido para o eixo secundário (rotor) do gerador, que está equipado com 12 ímanes. A sua rotação gera corrente alternada no anel do estator.
- Este tipo de electricidade não pode carregar baterias sem um dispositivo especial - um controlador (rectificador). O dispositivo converte a corrente alternada em corrente contínua, permitindo o seu armazenamento para que os aparelhos domésticos possam funcionar sem interrupção. O controlador também desempenha outra função: deixa de carregar a bateria a tempo e transfere a energia excedente gerada pela turbina eólica para unidades que consomem grandes quantidades de energia (tais como elementos de aquecimento para aquecimento doméstico).
- Para fornecer 220 V, a corrente é alimentada a partir das baterias para o inversor, e depois alimentada para os pontos de consumo de energia.
Para assegurar que as pás estão sempre na melhor posição para interagir com o vento, é colocada uma cauda nos dispositivos da asa que permite que a hélice seja transformada em vento. Os modelos de fábrica de turbinas eólicas têm dispositivos de travagem ou circuitos adicionais para dobrar a cauda ou para desviar as pás de choques de vento em condições meteorológicas desfavoráveis.
Existem vários tipos de turbinas eólicas, classificadas de acordo com o número e material das pás ou o passo da hélice. Mas a divisão principal é baseada na localização do eixo ou do eixo primário:
- O tipo horizontal envolve o posicionamento do eixo paralelo ao solo. Tais geradores são chamados geradores alados.
- Nas turbinas eólicas verticais, o eixo é perpendicular ao horizonte e os planos estão dispostos à sua volta. Os geradores verticais podem ser chamados ortogonais ou de rotunda.
Independentemente da localização do eixo de rotação, o princípio de funcionamento da unidade permanece o mesmo.
Os modelos de turbinas eólicas podem ter uma hélice ou uma roda de vento com 2, 3 ou mais pás. Os dispositivos multi-lâminas são considerados capazes de gerar corrente em ventos fracos, enquanto as hélices com 2 ou 3 asas requerem um fluxo de ar mais forte. Uma regra importante a considerar ao escolher um modelo é que cada lâmina cria resistência ao fluxo do vento e reduz a velocidade de rotação, pelo que é difícil rodar uma roda de várias palhetas até à velocidade de funcionamento.
Entre as variedades de turbinas eólicas existem as eólicas à vela e as rígidas. Estes nomes referem-se ao material a partir do qual as asas são feitas. Na auto-montagem, o tipo de vela será mais fácil e mais económico, mas as lâminas feitas de material plástico (tecido, película, etc.) não são duráveis e resistentes ao desgaste.
Versão vertical
A construção de uma turbina eólica vertical é mais fácil do que a construção de uma horizontal. O desenho não requer um dispositivo de palhetas, colocado a uma altura baixa (até 2 m). O feedback daqueles que utilizam turbinas eólicas verticais (turbinas eólicas) atestam o pouco ruído ao rodar e a facilidade de manutenção das unidades de trabalho. O gerador está localizado no fundo da estrutura e a manutenção pode ser realizada sem ter de trabalhar de altura ou baixar o mastro até ao solo.
É montado um rolamento na extremidade superior do eixo, que também serve como mastro. É praticamente livre de manutenção e pode durar anos sem reparação.
Ao contrário de uma turbina eólica de lâmina, as turbinas eólicas verticais não requerem um mastro alto. Funcionam independentemente da direcção do vento, o que simplifica a concepção da parte móvel. Para as pás de um gerador eólico compacto, pode ser utilizado um tubo de PVC de grande diâmetro (por exemplo, tubo de esgoto), enquanto que para uma turbina eólica mais potente, o aço galvanizado fino é adequado. Estes materiais estão disponíveis para qualquer faz-tudo doméstico e são relativamente baratos.
O desenho da roda de vento pode ser escolhido de entre as muitas opções disponíveis:
- Desenho Dornier com 2 lâminas planas;
- Sistema Savonius com 4 asas semi-cilíndricas;
- turbina eólica ortogonal multi-lâminas com 2 filas de aviões;
- Turbinas eólicas helicoidais com um perfil de lâmina curva.
Todas as turbinas eólicas verticais utilizam o princípio do agregado Savonius. Em casa, as lâminas podem ser feitas de tambores de aço ou plástico, cortadas ao meio longitudinalmente. A peculiaridade do desenho é que a eficiência da unidade atinge o máximo à velocidade da lâmina da metade da velocidade do vento. Por conseguinte, não vale a pena tentar aumentar a velocidade para uma turbina eólica vertical.
Modelos horizontais
Ao contrário dos geradores verticais, as turbinas eólicas de hélice artesanal têm maior eficiência quando a velocidade das pás é aumentada. Mas os numerosos e estreitos elementos da hélice não contribuem para o melhor trabalho: com uma cabeça de vento forte não têm tempo para rodar o eixo devido ao almofada de ar formada em frente da hélice.
Os geradores eólicos multi-lâminas para casa com as suas próprias mãos são melhor feitos em áreas com ventos não muito fortes. Se a força do vento na região excede frequentemente 10-15 m por segundo, faz sentido construir uma turbina eólica com 2-3 pás. Ambos os tipos são capazes de começar a uma velocidade do ar de cerca de 2-3 m por segundo.
Um modelo horizontal requer um mastro alto (6-12 m). A fim de evitar trabalhos a grande altitude durante a manutenção, os artesãos populares instalam um mecanismo simples de dobragem - um eixo - na base do mastro. Para assegurar a estabilidade da estrutura sob uma forte carga de vento, é necessário manter o mastro em posição vertical.
A nacela com o gerador e a hélice devem ser montadas num rolamento e dotadas de um cata-vento para assegurar que a hélice esteja sempre numa posição vantajosa em relação ao vento. Os cabos para transportar a corrente devem ser dispostos de modo a não torcerem quando a nacela gira e causarem interferência e quebra. É por isso que são transportados dentro do mastro tubular.
Como fazer um gerador de 220 volts com turbina eólica?
O primeiro passo na construção de uma turbina eólica é determinar a potência necessária da máquina:
- Para iluminar algumas divisões, um gerador de menos de 1 kW é suficiente; ele fornecerá energia para lâmpadas incandescentes ou lâmpadas economizadoras de energia, e além disso, um portátil ou televisão pode ser ligado à corrente;
- um gerador eólico caseiro com uma capacidade de 5 kW fornecerá electricidade para aparelhos domésticos (frigorífico, máquina de lavar roupa, fogão, etc.);
- Para mudar a casa para uma fonte de alimentação autónoma, é necessário um gerador potente com uma capacidade de mais de 20 kW.
O gerador pode ser auto-fabricado ou pode ser adaptado a partir de um carro antigo. Desta forma, é possível gerar até 2-3 kW de potência. Para fazer uma turbina eólica mais potente de 220V com as suas próprias mãos, terá de fazer cálculos precisos para o número de bobinas e voltas do fio, o tamanho e número de ímanes no rotor e os parâmetros das asas das pás.
Um desenho simples
Para a construção mais simples, com uma potência de aproximadamente 1-1,5 kW, é necessário:
- alternador de carros (12 V);
- bateria ácida (12 V);
- Interruptor on-off (12 V);
- conversor actual 700-1500 V e 12-220 V;
- metal de grande capacidade;
- parafusos, arruelas, porcas;
- pinças de fixação para o alternador (2 pcs.).
Fazer furos simétricos na polia do alternador do carro para os parafusos. Dividir a circunferência do recipiente em 4 partes iguais. Recortar as lâminas:
- Marcar os rectângulos no lado do tanque correspondentes às divisões do círculo;
- Encontrar o centro vertical de cada elemento;
- Marcar a parte superior e inferior do recipiente com uma borda sólida de 3-5 cm de largura;
- cortar o metal entre os rectângulos individuais até à linha da jante;
- fazer cortes ao longo dos limites superior e inferior das marcações de modo a que o meio do rectângulo permaneça intacto e ligado às jantes;
- desdobrar cada lâmina em relação ao eixo central;
- determinar o centro do fundo circular, marcar a localização dos furos dos parafusos de acordo com a sua localização na polia do alternador.
Ao desdobrar as asas, vale a pena determinar a direcção de rotação da roda do vento para trazer à tona as partes correctas dos planos. Os ângulos de viragem de todas as lâminas devem ser medidos para garantir a aplicação da mesma carga.
A montagem consiste em aparafusar a polia do gerador ao fundo do tanque. A base para o gerador eólico é então preparada (um mastro feito de um tubo grosso com cerca de 2 metros de altura). É mais fácil fixar o gerador a este mastro usando pinças com o diâmetro apropriado. Para carregar a bateria, a corrente do alternador deve ser passada por um rectificador, e a ligação deve ser feita utilizando os diagramas de cablagem do veículo.
Gerador caseiro para uma turbina eólica
A unidade para o gerador de turbina eólica horizontal pode ser montada a partir dos cubos das rodas do carro ou utilizar um motor eléctrico a partir de uma máquina de lavar. O trabalho exigirá a compra de ímanes de neodímio (uma liga de nióbio). Os elementos rectangulares são os melhores.
Pode determinar o número pelo número de bobinas se for utilizado um motor. Para um alternador trifásico, o número de ímanes deve ser 2/3 do número de bobinas, e para um alternador monofásico, deve ser o mesmo. Os mestres aconselham a optar por um gerador trifásico.
Ao utilizar um motor de máquina de lavar roupa, os ímanes devem ser colados ao rotor do motor. Se for utilizado um cubo de roda, os ímanes são colocados sobre um círculo de chapa de aço com cerca de 5 mm de espessura. Seguir as regras ao montar o rotor:
- A distância entre os ímanes deve ser igual. Colocar os elementos rectangulares no cubo com os seus lados longos ao longo dos raios da roda, e no eixo do motor ao longo do seu eixo longitudinal.
- Os pólos dos ímanes devem ser identificados e marcados antes do trabalho. Monte-os de tal forma que os elementos opostos tenham diferentes polaridades. Ao colocar os ímanes, alternar os pólos positivos e negativos das partes vizinhas.
- É aconselhável encher os ímanes com epoxi para que sejam mantidos firmemente sobre a superfície do rotor.
Ao utilizar o eixo do motor como rotor, colocar a peça no seu lugar no enrolamento e verificar a função colocando as pontas de um voltímetro nos cabos e rodando o eixo com uma broca.
Se for utilizado um cubo, as bobinas de vento de fio de cobre esmaltado de 1 mm são por si só. Cada bobina deve ser constituída por 60 voltas e ter 9 mm de altura. As bobinas devem ser fixadas na parte plana do cubo da roda.
Para um alternador trifásico, ligar as extremidades dos cabos como se segue:
- deixar o condutor exterior 1 da bobina livre e ligar o condutor interior 4 ao condutor exterior;
- ligar o condutor interno da bobina 4 ao condutor externo da bobina 7 e continuar até ao fim, unindo as partes bobinadas a cada 2 peças; a última deve ter uma extremidade interna solta, que pode ser facilmente torcida com o condutor já sobra ou marcada de outra forma;
- repetir o processo a partir da bobina 2, unindo os fios da mesma forma a cada 2 peças;
- fazer o mesmo com a bobina 3 e as restantes não ligadas.
No final do trabalho, o mestre terá 6 pistas separadas. O enrolamento deve ser preenchido com epoxi e seco.
Depois o eixo deve ser fixado no rolamento do cubo no qual o anel do rotor está montado com ímanes. A distância entre as superfícies das peças é de 1-1,5 mm. Verificar os cabos para corrente, montar o moinho de vento e montá-lo no mastro.
Manutenção
Ao operar o moinho de vento uma vez por mês, deverá efectuar uma inspecção geral dos fixadores, verificar o sistema eléctrico quanto a desequilíbrio de tensão, a operacionalidade do controlador e a uniformidade da tensão dos cabos. Para assegurar um funcionamento sem problemas uma vez cada 3-4 meses, vale a pena verificar os terminais da bateria e verificar os níveis de electrólito e óleo na caixa de velocidades do gerador.
A inspecção anual inclui a inspecção das superfícies das lâminas, a determinação da funcionalidade dos rolamentos e a sua substituição. O nível do electrólito também é completado e o óleo da caixa de velocidades é adicionado neste momento. A manutenção anual envolve a verificação de todas as montagens para um funcionamento adequado.
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